Een snelle botsingssnelheid tussen tektonische platen en een jonge leeftijd (miljoenen jaren) zijn twee factoren die het zinken van de lithosfeer in de mantel bevorderen, volgens een nieuwe studie uitgevoerd door onderzoekers van het Instituut voor Aardwetenschappen Jaume Almera van de Spaanse Nationale Onderzoeksraad (ICTJA-CSIC). Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

De auteurs van de studie ontwikkelden een nieuw numeriek model om de effecten van de convergentiesnelheid tussen tektonische platen en de samenstelling ervan op de lithosferische manteldichtheid te bestuderen, waarbij het zinken tijdens subductie- of delaminatieprocessen wordt bevorderd of voorkomen.

"Het model dat in deze studie is ontworpen, biedt een methodologisch kader voor het begrijpen van de stabiliteit van de lithosfeer tijdens de convergentie van de tektonische platen, " zei Kittiphon Boonma, doctoraat student van het SUBITOP-project bij ICTJA-CSIC en eerste auteur van de studie.

De lithosfeer is de stijve buitenste laag van de aarde die de korst en de bovenste mantel omvat, vormen de tektonische platen. Deze platen drijven en bewegen over de asthenosfeer, een dichtere en meer viskeuze laag van de sublithosferische mantel. In de gebieden waar platen samenkomen, een van de platen zakt onder de andere, stoten in de sublithosferische mantel. Dit zou het typische geval zijn van de subductiezones van de oceanische lithosfeer. Een andere mogelijkheid is dat, in continentale botsingszones, de lithosferische mantel van een van de platen scheidt zich van de korst ("pelt af") en zakt in de asthenosfeer in een proces dat bekend staat als delaminatie. Beide processen zijn gevoelig voor de lithosferische manteldichtheid die, tegelijkertijd, hangt af van de druk, temperatuur en chemische samenstelling of, wat hetzelfde is, van de convergentiesnelheid en de ouderdom van de lithosfeer.

"Onze simulaties combineren lithosferische samenstelling voor verschillende plaatleeftijden met een breed spectrum van plaatbotsingssnelheden om te begrijpen wat het positieve of negatieve drijfvermogen van de lithosfeer bepaalt, " zei Daniel García-Castellanos, onderzoeker bij ICTJA-CSIC en co-auteur van de studie.

"De belangrijkste vooruitgang van ons werk is de analyse van de afhankelijkheid van het drijfvermogen van de lithosferische mantel van dichtheidsvariaties als gevolg van de advectie-diffusiebalans, rekening houdend met een breed scala aan tektonische convergentiesnelheden en verschillende chemische samenstellingen van de lithosferische mantel, ' zei Kittiphon Boonma.

Onderzoekers voerden verschillende simulaties uit met het nieuwe model, rekening houdend met drie verschillende soorten continentale lithosfeer, met een leeftijdsbereik tussen 2,5 Ga en 1 Ga jaar, en twee oceanische lithosferen van 120 en 30 miljoen jaar oud. Ze beschouwden zes verschillende convergentiesnelheden tussen 1 en 80 mm/jaar. Simulaties waren bedoeld om het effect van de verschillende botsingssnelheden en composities op de lithosferische manteldichtheid te observeren.

"Bij subductie of continentale botsingsprocessen, er zijn twee tegengestelde effecten die de manteldichtheid beïnvloeden. Dichtheid neemt toe als gevolg van drukverhogingen, maar tegelijkertijd, het heeft de neiging af te nemen als gevolg van de temperatuurstijging die door de diepte wordt veroorzaakt. Het overwicht van een van deze twee effecten zal afhangen van de convergentiesnelheid. Bovendien, de manteldichtheid hangt ook af van zijn eigen chemische samenstelling en het is waargenomen dat deze afneemt met de leeftijd, " legt Manel Fernandez uit, co-auteur van de studie.

De modeluitkomsten toonden aan dat de oudste en dikste continentale lithosferische mantel (Archon) minder dicht was dan de asthenosfeer en het zinken vermeed. Bij lage en matige convergentiepercentages, onderzoekers ontdekten dat de twee andere soorten continentale lithosferische mantels verschoven van zinkend naar stabiel blijven vanwege hun dunnere diktes en het verlies van dichtheid veroorzaakt door de temperatuurstijgingen als gevolg van de diepte. Laatste, de twee verschillende typen oceanische lithosfeer zonken altijd, wat de toegepaste convergentiesnelheid ook was, vanwege hun grotere dichtheid afgeleid van de samenstelling.

"Volgens deze resultaten hoe sneller de convergentiesnelheid tussen twee continenten, hoe groter de kans dat een van hen delamineert of naar de mantel zakt, " legt Daniel García-Castellanos uit.

"Resultaten suggereren een verklaring waarom de jonge platen vaak gemakkelijk in de mantel zinken, worden gerecycled in de mantel, terwijl cratons (oudste continentale regio's) de veranderingen in tektonische krachten tijdens de evolutie van de aarde beter lijken te weerstaan ​​en ze minder vatbaar zijn voor subductie of delaminatie, ' zei García-Castellanos.